第二章(五)钢结构受弯构件 型钢梁设计

《钢结构设计原理》课程教学大纲本科四年制《土木工程专业》适用（48学时）一、课程的目的和任务本课程是一门专业基础课，讲授钢结构的基本设计理论和方法。

课程的目的是培养学生掌握钢结构的特点、基本设计理论和方法，具有设计钢结构基本构件及其连接的能力。

二、课程的基本要求1．要求学生根据结构的具体设计条件、工作环境和不同种类钢材的性能，正确地选用钢材，并提出相应的性能指标要求。

2．要求学生掌握焊接和螺栓连接的特点，能正确地选用合理的连接方法，并准确地设计连接。

3．要求学生掌握钢结构基本受力构件（轴心受力构件、受弯构件、拉弯和压弯构件）的计算理论、设计方法和构造要求。

三、课程的安排说明本课程讲授过程中要求条理清楚、重点突出；结合多媒体教学，讲授实际工程中基本构件的设计和构造措施，增加学生的感性认识。

四、课程内容第一章绪论1. 钢结构的特点和目前钢结构的应用领域。

2. 钢结构的设计方法。

3. 钢结构发展过程中存在的问题和最新发展动态。

第二章钢结构的材料1.钢结构所用钢材的要求。

2.钢材的塑性破坏和脆性破坏两种破坏形式。

3.钢材的主要性能、影响钢材性能的主要因素。

4.复杂应力状态下钢材的屈服条件。

5.钢材的种类和钢材的规格。

第三章钢结构的连接1. 钢结构的连接方法以及各种连接方法的特点。

2. 焊缝的形式以及不同形式焊缝连接的构造要求和计算方法。

3. 焊接残余应力和残余变形产生的原因以及减少焊接残余应力和残余变形的措施。

4. 螺栓连接的构造要求、工作性能和计算方法。

第四章轴心受力构件1. 轴心受力构件的强度计算。

2. 轴心受压构件的屈曲形式、整体稳定的概念以及整体稳定的计算。

3. 轴心受压构件的局部稳定的概念以及局部稳定的计算。

4. 实腹式和格构式轴心受力构件的截面设计。

5. 轴心受力构件典型柱头和柱脚的设计。

第五章 受弯构件1. 受弯构件强度和刚度的计算。

2. 梁的整体稳定的概念、影响梁的整体稳定的因素以及整体稳定的计算。

钢结构设计原理第五章受弯构件1、第五章受弯构件51概述1、定义主要承受横向荷载作用的构件，即通常所讲的梁。

2、类型按使用功能，可分为工作平台梁、吊车梁、楼盖梁、墙梁及檩条等；按支承状况，可分为简支梁、连续梁、伸臂梁和框架梁等；按荷载作用状况，可分为单向弯曲梁和双向弯曲梁；按截面形式有型钢梁和组合梁；实腹式和格构式。

图51受弯构件的截面形式3、受弯构件梁的内力一般，仅考虑其弯矩和剪力；对于框架梁，需同时考虑M、V和N作用。

※关键词受弯构件MEMBERINBENDING梁BEAM单向受弯构件ONEWAYMEMBERINBENDING双向受弯构件TWOWAYMEMBERINBENDING52受弯构件的强度一、2、抗弯强度1、梁在弯矩作用下，当M渐渐增加时，截面弯曲应力的进展可分为三个阶段，见图52所示。

〔1〕弹性工作阶段弯矩较小时，梁截面受拉边缘?＜YF，梁处于弹性工作阶段，弯曲应力呈三角形分布。

弹性极限弯矩为NEW??截面受拉边缘的?YF。

〔2〕弹塑性工作阶段弯矩继续增大，截面边缘部分进入塑性，中间部分仍处于弹性工作状态。

〔3〕塑性工作阶段当弯矩再继续增加，截面的塑性区进展至全截面，形成塑性铰，梁产生相对转动，变形大量增加。

此时为梁的塑性工作阶段的极限状态，对应的塑性极限弯矩为PNYPWFM??。

图52梁受弯时各阶段的应力分布状况问取那个阶段作为设计或计算的模型答规范中按弹性阶3、段或弹塑性阶段设计或计算。

塑性进展深度，通过塑性进展系数?来衡量。

截面样子系数NPEFWM??2、抗弯强度?单向受弯FNX????双向受弯FWNYNX???其中X?、Y截面塑性进展系数，一般状况按表61取值；?若YFTB2351＞时，取X?Y10；?若直接承受动力荷载作用时，取10。

※抗弯强度不够时，可以调整截面尺寸增大NW，但以增大截面高度H最有效。

二、抗剪强度梁的抗剪强度按弹性设计，以截面的剪应力到达钢材的抗剪强度设计值作为抗剪承载力的极限状态。

钢结构受弯构件计算4.1 梁的类型和应用钢梁在建筑结构中应用广泛，主要用于承受横向荷载。

在工业和民用建筑中，最常见的是楼盖梁、墙架梁、工作平台梁、起重机梁、檩条等。

钢梁按制作方法的不同，可分为型钢梁和组合梁两大类，如图4-1所示。

型钢梁又可分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁。

前者常用工字钢、槽钢、H 型钢制成，如图4-1（a）、（b）、（c）所示，应用比较广泛，成本比较低廉。

其中，H 型钢截面最为合理，其翼缘内外边缘平行，与其他构件连接方便。

当荷载较小、跨度不大时可用冷弯薄壁C 型钢[图4-1（d）、（e）]或Z型钢[图4-1（f）]，可以有效节约钢材，如用作屋面檩条或墙面墙梁。

受到尺寸和规格的限制，当荷载或跨度较大时，型钢梁往往不能满足承载力或刚度的要求，这时需要用组合梁。

最常见的是用三块钢板焊接而成的H 形截面组合梁[图4-1（g）]，俗称焊接H 型钢，其构造简单，加工方便。

当所需翼缘板较厚时，可采用双层翼缘板组合梁[图4-1（h）]。

荷载很大而截面高度受到限制或对抗扭刚度要求较高时，可采用箱形截面梁[图4-1（i）]。

当梁要承受动力荷载时，由于对疲劳性能要求较高，需要采用高强度螺栓连接的H 形截面梁[图4-1（j）]。

混凝土适用于受压，钢材适用于受拉，钢与混凝土组合梁[图4-1（k）]可以充分发挥两种材料的优势，经济效果较明显。

图4-1 梁的截面形式（a）工字钢；（b）槽钢；（c）H 型钢；（d），（e）C型钢；（f）Z型钢；（g）H 形截面组合梁；（h）双层翼缘板组合梁；（i）箱形截面梁；（j）高强度螺栓连接的H 形截面梁；（k）钢与混凝土组合梁为了更好地发挥材料的性能，钢材可以做成截面沿梁长度方向变化的变截面梁。

常用的有楔形梁，这种梁仅改变腹板高度，而翼缘的厚度、宽度及腹板的厚度均不改变。

因其加工方便，经济性能较好，目前已经广泛用于轻型门式刚架房屋中。

简支梁可以在支座附近降低截面高度，除节约材料外，还可以节省净空，已广泛应用于大跨度起重机梁中，另外，还可以做成改变翼缘板的宽度或厚度的变截面梁。

单向受弯型钢梁的设计步骤-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以是以下内容之一：概述：单向受弯型钢梁是结构工程中常用的一种构件，其设计步骤的正确性和有效性直接影响着钢梁的安全性和可靠性。

在钢梁设计中，需要遵循一定的原理和要求，以确保钢梁能够承受预期荷载并满足设计要求。

本文将介绍单向受弯型钢梁设计的基本原理和要求，并详细阐述设计步骤。

通过本文的学习，读者可以全面了解单向受弯型钢梁设计的过程和关键要点，为实际工程应用提供参考。

单向受弯型钢梁是指在工程中主要承受弯矩荷载的一种钢结构构件。

它在建筑、桥梁、机械设备等领域得到了广泛应用。

钢梁的设计既要满足强度要求，又要考虑刚度和稳定性等因素。

因此，准确的设计步骤和方法至关重要。

本文将从以下几个方面来介绍单向受弯型钢梁的设计步骤。

首先，我们会概述钢梁设计的基本原理和要求，包括设计荷载、钢材选型、结构稳定性等方面的考虑。

然后，我们将详细介绍单向受弯型钢梁设计的具体步骤，包括截面选型、弯矩计算、受压区域设计等内容。

最后，我们将对设计结果进行总结，并展望未来钢梁设计领域的发展方向。

通过对单向受弯型钢梁设计步骤的全面了解，读者可以更好地掌握钢梁设计的方法和技巧，提高对钢梁结构设计的理解和应用能力。

同时，本文的内容也可以为相关领域的工程师和研究人员提供参考和指导，促进钢梁设计领域的进一步发展和创新。

概述部分的具体内容可根据需要进行修改和完善，以符合文章整体结构和要求。

文章结构部分应概述文章的组织结构，介绍文章的各个部分及其内容。

在本篇文章中，可以以以下方式写作1.2文章结构部分的内容：1.2 文章结构文章分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分首先进行概述，介绍单向受弯型钢梁设计的背景和意义。

接着，明确文章的结构和内容，并说明撰写本文的目的。

正文部分包括两个小节。

2.1节主要讲述钢梁设计的基本原理和要求，介绍单向受弯型钢梁设计时需要考虑的关键因素和设计准则。

《钢结构》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称：钢结构课程代码：56030120课程类别：专业课学时： 64学时学分：4学分理论教学：56学时实践教学：8学时二、教学目的及要求课程性质与任务1、课程性质《钢结构》是土木工程专业学生的一门必修的主要专业基础课。

课程教学的目的是使学生掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识，熟悉一些常用钢结构构件的计算原理；了解民用和工业建筑中常用钢结构房屋的特点，基本设计方法，计算简图与内力分析，并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理。

通过本课程的学习，使学生能解决钢结构设计施工中的一些技术问题，为以后从事施工管理、设计工作打下基础。

2、课程任务⑴ 了解钢结构的特点、历史、现状及发展前景；⑵ 掌握钢结构材料的工作性能；⑶ 掌握钢结构基本构件及连接的性能、受力分析与设计计算；⑷ 了解钢结构体系的组成原理和典型结构形式的设计要点。

三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并注明重点、难点）大纲正文第一章绪论（2学时）本章讲授要点：1、了解钢结构的特点和应用；2、钢结构的设计原则；3、了解钢结构的发展方向。

重点：无。

难点：无。

第二章钢结构的材料（4学时）本章讲授要点：1、了解钢结构所使用钢材的要求；2、掌握钢材的主要性能和影响钢材性能的因素；3、了解钢材破坏形式和不同情况下的荷载效应；4、熟悉钢材类别和钢材选用的原则。

重点：钢材的主要性能和影响钢材性能的因素、钢材类别和钢材选用的原则。

难点：钢材的主要性能和影响钢材性能的因素。

第一节钢材的主要性能一、钢材的破坏形式二、单向受拉时的性能三、冷弯性能四、冲击韧度第二节影响钢材性能的主要因素一、化学成分的影响二、成材过程的影响三、影响钢材性能的其他因素第三节钢材的疲劳一、常幅疲劳二、变幅疲劳第四节建筑钢材的规格和选用一、钢结构对材料的要求二、钢的种类三、钢材的选择四、钢材的规格第三章钢结构的连接（8学时）本章讲授要点：了解钢结构的连接方法及各自的特点；掌握焊接和普通螺栓、高强度螺栓连接的计算。

《钢结构设计原理》三. 连接3.8 试设计如图所示的对接连接（直缝或斜缝）.轴力拉力设计值 N=1500kN,钢材 Q345 —A，焊条 E50 型,手工焊,焊缝质量三级。

解：NN500三级焊缝10查附表1。

3：f tw265 N/mm 2 ，fw v 180 N/mm2不采用引弧板： lw b 2t 500 2 10 480 mmN lwt1500 103 480 10 312.5N/mm2ftw265N/mm2 ,不可。

改用斜对接焊缝：方法一：按规范取 θ=56°，斜缝长度： lw (b / sin ) 2t (500 / sin 56) 20 (500 / 0.829 ) 20 583mmN sin lw t1500103 0.829 58310 213N/mm2ftw 265N/mm2N cos lw t1500103 0.559 58310 144N/mm2fvw 180N/mm2设计满足要求。

方法二：以 θ 作为未知数求解所需的最小斜缝长度。

此时设置引弧板求解方便些。

3.9 条件同习题 3.8，受静力荷载，试设计加盖板的对接连接。

1解：依题意设计加盖板的对接连接,采用角焊缝连接。

查附表1。

3:fw f200 N/mm 2试选盖板钢材 Q345—A,E50 型焊条，手工焊。

设盖板宽 b=460mm，为保证盖板与连接件等强，两块盖板截面面积之和应不小于构件截面面积。

所需盖板厚度：t2A1 2b500 10 2 4605.4mm，取t2=6mm由于被连接板件较薄 t=10mm，仅用两侧缝连接，盖板宽 b 不宜大于 190，要保证与母 材等强，则盖板厚则不小于 14mm.所以此盖板连接不宜仅用两侧缝连接,先采用三面围 焊。

1) 确定焊脚尺寸最大焊脚尺寸： t 6mm，hf max t mm最小焊脚尺寸： hf min 1.5 t 1.5 10 4.7 mm 取焊脚尺寸 hf=6mm 2）焊接设计: 正面角焊缝承担的轴心拉力设计值：N32 0.7hf bffw f2 0.7 6 460 1.22 200 942816N侧面角焊缝承担的轴心拉力设计值：N1 N N3 1500 10 3 942816 557184 N 所需每条侧面角焊缝的实际长度（受力的一侧有 4 条侧缝）:l lw hfN1 4 0.7hffw f hf557184 4 0.7 6 200 6 172 mm取侧面焊缝实际长度 175mm，则所需盖板长度：175 10 175NN26 6 500 10L=175×2+10(盖板距离)=360mm。